碩曲河洞松水電站引水隧洞圍巖分類

陳利友

(四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 勘察分院,四川成都 611731)

1 工程概況

洞松水電站位于四川省甘孜州鄉(xiāng)城縣境內(nèi),是金沙江左岸二級(jí)支流碩曲河規(guī)劃梯級(jí)開發(fā)方案中的第四個(gè)梯級(jí)電站,為低閘長(zhǎng)引水式,正常蓄水位高程 2 754 m,總庫(kù)容 154萬(wàn) m3,引 用 流 量103.5 m3/s,利用最大落差 221.9 m,電站裝機(jī)180 M W。電站以有壓隧洞引水,引水隧洞沿碩曲河右岸傍山布置,全長(zhǎng) 18.084 k m,設(shè)計(jì)斷面為馬蹄形,底寬 4.5 m,高 6.36 m。

2 引水線路基本地質(zhì)條件

引水線路沿線為近南北向的條形山,除零星分布有Ⅰ級(jí)河流階地外,大多岸坡陡峻。引水線路沿線分布三疊系上統(tǒng)圖姆溝組和第四系地層。三疊系上統(tǒng)圖姆溝組(T3t)地層為以深灰色薄 ～極薄層狀變質(zhì)砂巖與板巖互層,局部夾有流紋巖和中基性火山巖及灰?guī)r透鏡體,屬淺-中等變質(zhì)巖系。引水線路位于區(qū)域性斷層——鄉(xiāng)城斷層和索讓斷層之間,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,穿越規(guī)模較大的斷層9條。巖層陡傾右岸,層面裂隙極其發(fā)育,巖層走向與引水隧洞軸線大多呈小角度相交。引水線路沿線物理地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育,僅局部見(jiàn)崩塌和滑坡且遠(yuǎn)離洞軸線,對(duì)引水隧洞影響不大。

引水線路區(qū)地下水分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩種類型,松散巖類孔隙水主要賦存于第四系松散堆積層中,基巖裂隙水賦存于變質(zhì)砂巖與板巖裂隙中。由于引水線路沿線順坡分布多層板巖相對(duì)隔水層,因此,引水線路沿線很少有泉點(diǎn)出露。

3 引水隧洞采用的勘察方法及圍巖分類原則

(1)勘察方法。

洞松水電站為典型的川西高山高原變質(zhì)巖地區(qū)的長(zhǎng)引水式電站。電站引水隧洞沿線以陡傾角,軟、硬相間的薄 ～極薄層狀變質(zhì)砂、板巖為主,洞軸線與巖層走向多呈小角度相交或近于平行。此類工程引水隧洞與平原、丘陵地區(qū)近水平的沉積巖地層的引水隧洞勘察方法有所不同。

水平沉積巖地區(qū)中的引水隧洞穿過(guò)的巖性層位一般不多,在適當(dāng)位置布置一個(gè)勘探鉆孔即可揭示整個(gè)工區(qū)的所有巖層,再通過(guò)隧洞進(jìn)、出口及沿線洞底高程附近的基巖露頭進(jìn)行調(diào)查,即可對(duì)整個(gè)隧洞圍巖有一個(gè)較為清晰的把握。而類似洞松水電站工程引水隧洞的勘察,由于其巖層陡傾,河流為縱向谷,隧洞沿線地層順河分布,隧洞穿過(guò)的巖性層位較多,機(jī)動(dòng)鉆探有明顯的局限性,其揭示的巖性層位非常有限;且因其洞線多位于山頂或陡峻的岸坡上部,地形險(xiǎn)峻,勘察人員幾乎無(wú)法沿布置的洞線進(jìn)行調(diào)查,主要采用沿線路岸坡進(jìn)行調(diào)查,但沿線岸坡露頭地層界線也無(wú)法延伸至洞線上,可見(jiàn)以上常用的線路勘察方法對(duì)此類引水隧洞圍巖調(diào)查均有明顯的局限性。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)此類隧洞圍巖的調(diào)查比較行之有效的方法是硐探。但該工程由于洞線靠山體內(nèi)較多,要求勘察平硐的深度較大,勘察成本高,工期長(zhǎng),故在工程勘察中未采用。最后主要通過(guò)對(duì)隧洞沿線幾條橫切洞線的沖溝進(jìn)行測(cè)繪、調(diào)查,以洞線穿越?jīng)_溝所在部位露頭的巖性及其結(jié)構(gòu)特征推測(cè)其控制洞段的圍巖特征。此外,考慮工區(qū)大的構(gòu)造環(huán)境,結(jié)合沿線地表調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的大量次級(jí)小斷層、擠壓破碎帶、揉皺、褶曲等小構(gòu)造,預(yù)見(jiàn)了沿線隧洞內(nèi)可能遇到的同樣問(wèn)題,在隧洞圍巖分類時(shí)考慮了其對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響。

(2)圍巖分類原則。

圍巖分類綜合考慮到巖石強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、巖體完整程度、結(jié)構(gòu)面特征及其與洞軸線的組合關(guān)系、地下水影響和地應(yīng)力等因素,采用《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中有關(guān)圍巖工程地質(zhì)分類的標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》G B 50287-99對(duì)洞身圍巖進(jìn)行了詳細(xì)分類。根據(jù)引水隧洞的巖性和結(jié)構(gòu)面組合特征,所采用的圍巖分類原則如下:中厚層狀新鮮變質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖和灰?guī)r為Ⅲ類;薄層狀結(jié)構(gòu)的巖體及弱風(fēng)化中厚層狀巖體為Ⅳ1類;極薄層狀及碎裂相嵌結(jié)構(gòu)巖體為Ⅳ2類;散體結(jié)構(gòu)巖體為Ⅴ類。

4 引水隧洞主要工程地質(zhì)問(wèn)題評(píng)價(jià)

(1)引水隧洞全長(zhǎng) 18.084 k m,隧洞圍巖以軟質(zhì)巖和中硬巖為主,大部分洞段洞線與巖層走向交角較小,并分布有斷層破碎帶、擠壓破碎帶等且穿過(guò)向斜軸部,因此,圍巖類別較低,以Ⅳ1、Ⅲ類圍巖為主,次為Ⅳ2類,少量為Ⅴ類。Ⅲ類圍巖占隧洞總長(zhǎng)度的 17.4%,Ⅳ1類圍巖占 53.8%,Ⅳ2類圍巖占 22.7%,Ⅴ類圍巖占 6.1%。Ⅲ、Ⅳ1類圍巖成洞條件較好,Ⅳ2、Ⅴ類圍巖成洞條件差。由于巖體受鄉(xiāng)城斷裂(F 50)和索讓斷裂(F 48)兩斷層的影響,次級(jí)小斷層和層間擠壓錯(cuò)動(dòng)破碎帶較發(fā)育,施工中遇到了此類問(wèn)題,其圍巖類別相應(yīng)降低至Ⅴ類。

(2)洞線穿越館溝、拉洼雄溝等洞段,溝底高程較低,地表覆蓋層較厚,巖體風(fēng)化破碎,地表水活動(dòng)強(qiáng)烈,地下水位較高,對(duì)施工和隧洞成洞和成形影響較大,施工中應(yīng)引起足夠重視并采取相應(yīng)的工程處理措施。

(3)隧洞主要傍山通過(guò),側(cè)向埋深 180～600 m,垂直埋深 150～500 m,以板巖和變質(zhì)砂巖為主,巖層陡傾,存在緩傾角結(jié)構(gòu)面,預(yù)測(cè)洞頂和洞壁巖體存在沿結(jié)構(gòu)面垮塌的機(jī)率較大,施工中應(yīng)采取相應(yīng)的防范措施。

(4)隧洞穿過(guò) f54和 f56等斷層帶洞段,地下水活動(dòng)可能較強(qiáng)烈,存在涌水和坍塌的可能;在隧洞穿越龍門色松向斜軸部時(shí),其巖體完整性差,為匯水構(gòu)造,存在突發(fā)性涌水、坍塌的可能,施工中應(yīng)引起足夠重視并采取相應(yīng)的工程處理措施。

5 前期地質(zhì)勘察中隧洞圍巖分類的得失

目前,該工程已開工兩年多時(shí)間,其施工支洞大多已貫通,主洞施工已完成過(guò)半。將隧洞施工開挖揭示的情況與前期勘察中的圍巖分類進(jìn)行對(duì)比,證明前期勘察中引水隧洞圍巖的分類能較為準(zhǔn)確地反應(yīng)實(shí)際圍巖情況(以Ⅳ類圍巖為主,Ⅲ、Ⅴ類次之),能完全滿足設(shè)計(jì)使用,在施工過(guò)程中能預(yù)判圍巖變化,對(duì)施工具有較好的指導(dǎo)意義;同時(shí),由于客觀條件的限制,使得個(gè)別地段施工揭示的實(shí)際圍巖類別有所下降,其原因主要是Ⅲ類圍巖略微減少,而Ⅴ類圍巖略微增多。通過(guò)分析、總結(jié)后得知,造成前期勘察中的圍巖分類與實(shí)際圍巖類別差異的主要原因是:(1)局部地段存在地下水影響,使得相應(yīng)洞段實(shí)際圍巖類別下降。工區(qū)巖層為陡傾角板巖與變質(zhì)砂巖互層,順河向分布。由于板巖為相對(duì)隔水層,沿河兩岸均分布有多層相對(duì)隔水的板巖層,故在兩岸坡未見(jiàn)有泉水點(diǎn)出露。在進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查時(shí),據(jù)此認(rèn)為兩岸地下水位較低,隧洞內(nèi)地下水活動(dòng)較弱,實(shí)則依據(jù)不足。實(shí)際上,該工程引水隧洞沿岸未見(jiàn)泉點(diǎn)出露正好說(shuō)明順河多層相對(duì)隔水層的存在,從而導(dǎo)致兩岸山體內(nèi)地下水向河流排泄不暢,地下水易匯集,水位反而可能較高。(2)前期勘察揭示引水隧洞圍巖主要涉及變質(zhì)砂巖、碳質(zhì)板巖、砂質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖,而施工開挖揭示引水隧洞局部地段還有千枚巖存在,千枚巖與泥質(zhì)板巖質(zhì)地、結(jié)構(gòu)構(gòu)造較為相似,巖質(zhì)軟弱,呈薄板或薄片狀,但千枚巖的實(shí)際工程性狀較板巖還差,其圍巖分類多屬Ⅴ類。本次在區(qū)域性大斷層附近的 4、5號(hào)施工支洞揭示了較多的灰綠色千枚巖是造成該段實(shí)際Ⅴ類圍巖增多的主要原因。

6 結(jié) 語(yǔ)

該電站引水隧洞沿線以陡傾角,軟、硬相間的薄 ～極薄層狀變質(zhì)砂、板巖為主,洞軸線與巖層走向多呈近于平行或呈小角度相交,此類引水隧洞與平原、丘陵地區(qū)近水平沉積巖地層的引水隧洞勘察方法有所不同。引水隧洞的地質(zhì)情況主要通過(guò)對(duì)隧洞沿線幾條橫切洞線的沖溝進(jìn)行測(cè)繪、調(diào)查,并以洞線穿越?jīng)_溝所在部位露頭的巖性及其結(jié)構(gòu)特征推測(cè)其控制洞段的圍巖特征;此外,考慮工區(qū)大的構(gòu)造環(huán)境,結(jié)合沿線地表調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的構(gòu)造形跡,分析其對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響,從而對(duì)隧洞圍巖類別作出了較為準(zhǔn)確的劃分。經(jīng)施工驗(yàn)證,上述圍巖類別劃分方法對(duì)該工程圍巖類別的劃分能較為準(zhǔn)確地反應(yīng)實(shí)際圍巖情況,完全能滿足設(shè)計(jì)使用,在施工過(guò)程中能預(yù)判圍巖變化,對(duì)隧洞施工具有較好的指導(dǎo)意義。